一维纳米线材料的制备及其浸润性应用研究

发布时间：2017-09-29 06:12

  本文关键词：一维纳米线材料的制备及其浸润性应用研究

  更多相关文章： 纳米线 微纳结构 超双疏 光催化 浸润性

【摘要】：纳米线通常被定义为一种具有直径小于100 nm(长度一般不作限制)的一维结构,典型的纳米线的长径比大于100,因此它们可以被称为准一维材料。根据纳米线的组成材料的不同可将其进行分类：金属纳米线、半导体纳米线和绝缘体纳米线。通常情况下,随着尺寸的减小,纳米线会展现出比块体材料更好的物理化学性能尤其是机械性能(强度变强,韧度变好等)。这些在小尺度下才具备的特殊性质使得纳米线被广泛应用于新兴的高科技领域,例如纳电机系统,超双疏材料制备,太阳能电池等。在本文中,我们尝试通过新的方法合成二氧化钛纳米管和相关具有分级微纳结构的复合材料,突出了其容易实现低成本大规模工业生产的潜在的优势。此外,我们对所合成的二氧化钛纳米管的光催化性能和分级微纳结构材料的浸润性与结构之间的关系进行研究。研究结果总结如下：1、以碳酸氢铵(NH4HCO3)溶液与六水氯化镁(MgCl2·6H2O)溶液为前驱物,采用微乳液均相沉淀法制备了三水碳酸镁纳米棒(MgCO3·3H2O),并研究了实验过程中不同类型的表面活性剂对产物形貌的影响。实验结果表明阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDS)的效果最好,获得了尺寸均一表面光滑的MgCO3·3H2O纳米棒,并以此为模板,获得了二氧化钛纳米管。降解罗丹明B的实验结果表明该二氧化钛纳米管的光催化活性是P25二氧化钛的3倍。2、将一维Te纳米线引入到微纳结构材料的制备过程中,成功制备出了SiO2纳米粒子负载的碳包覆Te纳米线(Te@C-SiO2)的分级微纳结构材料。这种微纳结构复合材料既拥有实现超双疏性能的结构单元,又结合了一维Te纳米线易于成膜的性质,摆脱了超双疏材料必须需要载体的问题。我们利用原位生长法得到Te@C-SiO2表面,并通过全氟辛基三氯硅烷(FOTS)对其进行低表面能修饰,获得具有超双疏性能Te@C-SiO2表面。最后,用不同的液体(水,二碘甲烷,橄榄油,十六烷,十二烷,环己烷)对Te@C-SiO2表面的超双疏性能进行了静态接触角测试,结果表明：Te@C-SiO2表面对表面张力在27.5-72 mN/m范围内的液体都是超双疏的。Te@C纳米线的直径和硅球尺寸都对Te@C-SiO2表面的超双疏性能具有重要的影响。为了证明该材料的双疏应用性能,我们通过简单喷涂之后成功得到由Te@C-SiO2负载到玻璃,织物,滤纸表面的复合材料,甚至是制备成功完全由Te@C-SiO2自支撑组成的块体材料。为开拓超双疏材料的制备方法做出了巨大贡献。3、Tuteja等人提出的“串珠状”模型,其研究中表明表面粗糙度是由二元纹理决定的,一个是纤维的一级纹理,一个是球产生的二级纹理。基于以上模型,我们系统的研究了两个纹理改变分别对于水和正十六烷的表观接触角CA的影响。
【关键词】：纳米线 微纳结构 超双疏 光催化 浸润性
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 引言11-17
• 1.1 一维纳米线材料的概述11
• 1.2 一维纳米线材料的研究现状11-12
• 1.3 一维纳米线材料常见制备方法与应用12-14
• 1.3.1 一维纳米线材料制备方法12-13
• 1.3.2 一维纳米线材料的应用13-14
• 1.4 本课题提出的意义及研究内容14-17
• 第二章 微乳液法合成MgCO_3·3H_2O纳米棒及其应用拓展研究17-29
• 2.1 前言17-18
• 2.2 实验部分18-21
• 2.2.1 实验中使用的药品与仪器设备18-19
• 2.2.1.1 实验药品及其规格与生产厂家18-19
• 2.2.1.2 实验中使用的主要仪器19
• 2.2.2 实验内容19-20
• 2.2.2.1 三水碳酸镁(MgCO_3·3H_2O)纳米棒的制备实验步骤19-20
• 2.2.2.2 二氧化钛纳米管制备的实验步骤20
• 2.2.2.3 二氧化钛纳米管光催化负载Pt实验步骤制备的实验步骤20
• 2.2.3 样品表征20-21
• 2.2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)20
• 2.2.3.2 透射电子显微镜(TEM)20
• 2.2.3.3 傅里叶红外(FT-IR)20
• 2.2.3.4 X射线衍射仪(XRD)20
• 2.2.3.5 热重(TG)20-21
• 2.2.3.6 气象色谱测试(GC)21
• 2.2.3.7 电子能谱(EDX)21
• 2.3 结果与讨论21-26
• 2.3.1 不同类型的表面活性对MgCO_3·3H_2O纳米棒形貌调控的结果21-23
• 2.3.2 有无表面活性剂对MgCO_3·3H_2O纳米棒的影响23
• 2.3.3 MgCO_3·3H_2O纳米棒的结构表征23-25
• 2.3.4 以MgCO_3·3H_2O纳米棒为模板制备二氧化钛微米管25-26
• 2.4 TiO_2纳米管负载铂之后的光催化活性测试26-28
• 2.5 结论28-29
• 第三章 以一维Te纳米线为模板制备串珠状Te@C-SiO_2复合纳米材料及其浸润性研究29-47
• 3.1 前言29-31
• 3.2 实验部分31-36
• 3.2.1 实验中使用的药品和仪器31-33
• 3.2.1.1 实验药品与其规格和生产厂家介绍31-32
• 3.2.1.2 主要实验仪器32-33
• 3.2.2 实验内容33-34
• 3.2.2.1 串珠状Te@C-SiO_2复合纳米材料的制备33-34
• 3.2.2.1.1. 直径为7 nm的Te纳米线的制备33
• 3.2.2.1.2. 直径为30 nm的Te@C纳米线的制备33
• 3.2.2.1.3 不同尺寸比例的“串珠”状Te@C-SiO_2纳米材料的制备33-34
• 3.2.2.2 超双疏Te@C-SiO_2膜材料和纳米器件的制备34
• 3.2.3 样品表征34-36
• 3.2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)34
• 3.2.3.2 透射电子显微镜(TEM)34-35
• 3.2.3.3 傅里叶变换红外分光光度计(FTIR)35
• 3.2.3.4 X射线衍射仪(XRD)35
• 3.2.3.5 热重(TG)35
• 3.2.3.6 光电子能谱(XPS)35
• 3.2.3.7 静态接触角测试35
• 3.2.3.8 电子能谱仪(EDS)35-36
• 3.3 结果讨论36-46
• 3.3.1 直径为7 nm的Te纳米线的形貌和结构表征36
• 3.3.2 一系列直径不同的Te@C复合纳米线形貌和结构表征36-37
• 3.3.3 “串珠”状的Te@C-SiO_2形貌和结构表征37-43
• 3.3.4 结果与讨论43-46
• 3.4 总结46-47
• 第四章 “串珠”状Te@C-SiO_2材料浸润性的理论研究47-57
• 4.1 前言47-48
• 4.2 理论模型介绍48-50
• 4.3 理论计算的结果与讨论50-55
• 4.3.1 维持纤维D~*不变,改变硅球的尺寸,研究样品浸润性变化50-52
• 4.3.2 维持二氧化硅球D~*不变,改变纤维的尺寸,研究样品浸润性变化52-55
• 4.4 总结55-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 5.1 总结57-58
• 5.2 不足和展望58-59
• 参考文献59-66
• 硕士期间发表论文66-67
• 致谢67

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